¿Pueden los videojuegos ayudarnos a comprender mejor la mecánica cuántica?

Los bloques siguen cayendo. Un cuadrado de color amarillo pálido aterriza torpemente sobre un bloque verde con forma de letra “z”. Junto a ellos se encuentra un pilar hecho de bloques de color turquesa más pequeños. Todos hemos visto Tetris, probablemente puedas imaginarlo. Pero hay un bloque extraño cerca, su borde blanco aparentemente limita sólo el espacio vacío. Por las instrucciones del juego, sé que esta forma se encuentra en un estado cuántico de superposición, una extraña mezcla de existencia y no existencia en el mundo en la pantalla de mi computadora. ¿Puede esto ayudarme? Para darme cuenta de eso, tengo que observarlo. Un pequeño cuadrado negro marcado con un ojo cae del cielo del videojuego y golpea el bloque del ahí y no ahí. Después de haber sido observado, parpadea y aparece, acercando peligrosamente mi pila de bloques a golpear el techo. Había la misma posibilidad de que la observación aniquilara el bloque (después de todo, lo descubriera inexistente), pero tuve mala suerte. Una forma más aterriza en la torre y el juego termina. Perdí en Quantris, la versión cuántica del Tetris. Ni siquiera la mecánica cuántica pudo salvarme de ser malo en los videojuegos.

Soy nuevo en los videojuegos cuánticos, pero tienen una larga historia. Si bien la física cuántica y los fenómenos relacionados fueron referenciados en los videojuegos ya en la década de 1980, vimos un salto real en el número de juegos basados ​​en las leyes de la mecánica cuántica o creados con dispositivos cuánticos solo después de que las computadoras cuánticas se volvieron accesibles a través de la nube en 2016. Después de eso, herramientas como el kit de desarrollo de software cuántico de IBM ganaron fuerza, dice Laura Piispanen de la Universidad Aalto en Finlandia, quien investiga los juegos cuánticos. Actualmente estima que el número de juegos cuánticos se acerca a los 400, muchos de los cuales se desarrollaron durante los eventos Quantum Game Jam de fin de semana que se llevan a cabo desde 2014.

Uno de sus favoritos, llamado Qubit el Bárbaro por la famosa película de espada y brujería, captura el espíritu de los primeros juegos cuánticos con un diseño decididamente vintage. En él, un jugador atraviesa un laberinto hecho de fichas que corresponden a estados cuánticos. El jugador puede aprovechar las leyes de la mecánica cuántica: medir las propiedades de un estado cuántico cambia una loseta, ya sea para despejar nuevos caminos o construir nuevas paredes en el laberinto.

Existe una sólida comunidad de investigadores y jugadores que creen que los videojuegos cuánticos tendrán un futuro duradero. La combinación me parece fascinante: una tecnología nueva y en gran medida no probada, una rama de la física a menudo contraintuitiva y la actividad profundamente humana de jugar. ¿Qué podría surgir de este brebaje? ¿Qué pueden hacer las computadoras cuánticas por los juegos? ¿Y pueden los juegos hacer algo por la computación cuántica?

Para ser claros, en gran medida no estamos hablando de juegos que se juegan directamente en computadoras cuánticas. A pesar de haber avanzado a un ritmo rápido en los últimos años, siguen siendo en su mayoría dispositivos experimentales, y recién ahora se están volviendo lo suficientemente potentes y confiables desde el punto de vista computacional como para tener una posibilidad de resolver problemas científicos que de otro modo serían intratables. Pero no son máquinas informáticas universales ni son inequívocamente útiles todavía. De hecho, es poco probable que incluso las mejores computadoras cuánticas en la versión más rosada del futuro sean dispositivos que se usarían para ejecutar cualquier programa. En cambio, los investigadores creen que sobresaldrán sólo en unas pocas tareas específicas. Hasta ahora, ejecutar videojuegos en tiempo real no ha demostrado ser una de esas opciones.

Sin embargo, el hardware de computación cuántica ya se ha utilizado en el desarrollo de videojuegos. A principios de este año, Moth Quantum lanzó Quantum Backrooms, un juego de terror con niveles generados por una computadora cuántica de IBM durante el proceso de desarrollo. Es una excursión espeluznante a través de un paisaje de habitaciones dentro del universo de Backrooms, un fenómeno de Internet que se centra en espacios liminales espeluznantes y que recientemente se adaptó a una película aclamada por la crítica. James Wootton de Moth Quantum me dijo que debido a que cada habitación corresponde al estado cuántico de una parte diferente de la computadora cuántica, todo se siente como si estuviera atrapado dentro del dispositivo. Como alguien que pasa mucho tiempo pensando en el funcionamiento interno de las computadoras cuánticas, este sentimiento no me es ajeno.

Preguntándome si este enfoque podría ser más común, llamé a Julian Togelius de la Universidad de Nueva York, que estudia creatividad, videojuegos e inteligencia artificial. En algunos juegos, dice, el jugador puede interactuar con el entorno localmente, sin que el resultado de su acción dependa del resto del mundo del juego. Hacer que el mundo dentro del juego sea más conectado y realista puede ser un desafío, pero Togelius dice que las computadoras cuánticas podrían ayudar a los desarrolladores a ir más allá de lo que se aborda actualmente. Todo se reduce a un problema matemático con muchas limitaciones y condiciones, y es ahí donde las computadoras cuánticas podrían resultar potencialmente útiles. Sin embargo, Togelius también me advirtió que esta idea es mucho más compleja de lo que se ha hecho hasta ahora en los juegos cuánticos, al menos en parte debido a lo imperfecto y limitado que sigue siendo el hardware de computación cuántica.

Incluso en el caso de Quantum Backrooms, el uso de la cuántica se limita al desarrollo del juego. El jugador se encuentra con la cuántica después de que la computadora cuántica se apaga y una computadora convencional toma el control. Esto no significa que ejecutar juegos directamente en computadoras cuánticas sea imposible (Wotton lo hizo cuando codificó una versión cuántica de piedra, papel y tijera en una de las primeras computadoras cuánticas de IBM en 2017), pero por ahora, muchos juegos cuánticos en realidad se ejecutan en computadoras convencionales que funcionan como simuladores de computadoras cuánticas.

“En este momento, todos mis juegos todavía se ejecutan en sus propios simuladores. El hardware aún no está listo”, dice Chris Cantwell de la compañía de juegos cuánticos Quantum Native, quien desarrolló Quantum Chess y varios otros juegos. En 2020, una de las computadoras cuánticas de Google ejecutó algunas rondas de Quantum Chess, pero Cantwell dice que tuvo que recodificar completamente su programa original para el juego. La clave para hacer que un juego sea cuántico es incorporar funciones cuánticas al juego, pero deberían basarse en la cuántica del hardware. De esta manera, los juegos pueden llegar a servir como puntos de referencia del rendimiento de una computadora cuántica, dice Evert van Nieuwenburg de la Universidad de Leiden en los Países Bajos, quien desarrolló Quantum TiqTaqToe, una versión cuántica de tres en raya (o tres en raya si estás en los EE. UU., como yo).

Llevando la cuántica a tu salón

Muchos de estos juegos cuánticos toman características de la física cuántica, como los estados de superposición y el entrelazamiento cuántico, y los convierten en movimientos adicionales que un jugador puede realizar en un juego que de otro modo sería familiar. Una pieza en Quantum Chess puede estar en una superposición de dos posiciones en el tablero de ajedrez; En TiqTaqToe, un jugador puede enredar piezas. Los jugadores no necesitan conocer el significado profundo de estos fenómenos para utilizarlos, simplemente pueden probarlos, dice van Nieuwenburg.

La física cuántica es en parte contradictoria para muchas personas cuando la conocen por primera vez, porque su vida diaria no implica interactuar con fenómenos cuánticos. Por lo general, están reservados para el mundo de las partículas diminutas y los objetos extremadamente fríos, pero los juegos pueden cambiar esto. “Nunca olvidaré esto. Fuimos a una noche de ciencias. [at a school] y había un grupo de tres niños, probablemente tenían seis o siete años. Estaban jugando TiqTaqToe. No creo que supieran exactamente lo que estaban haciendo en el primer momento, pero después de un minuto, uno de los niños comenzó a gritar: ‘¡Oh, no, me enredaste!'”, relata van Nieuwenburg con una sonrisa. No hace falta mucho para que los niños se sientan cómodos con la nueva jerga, incluso si es la jerga de los libros de texto de física cuántica. “A mi hijo de ocho años le gusta jugar ajedrez cuántico más que ajedrez porque puede hacer más piezas. “No entiende lo cuántico en absoluto… pero su cerebro interactúa con fenómenos cuánticos genuinos”, dice Cantwell. En la lista de cosas que los juegos pueden hacer para desarrollar tecnologías cuánticas, esta puede ser la más importante: los jugadores cuánticos infantiles podrían convertirse en desarrolladores de software nativo cuántico.

Pensé en mi hermano menor, que nunca había mostrado mucho interés en lo que yo estaba aprendiendo en mis clases de física, pero estaba constantemente pegado a una consola de juegos o a la pantalla de una computadora. Apuesto a que podría haberme superado en algún desafío de resolución de problemas cuánticos si solo se hubiera planteado como una forma de ganar en un videojuego. Las oportunidades para el alcance cuántico son fantásticas, dice Spiros Michalakis del Instituto de Tecnología de California, quien trabajó en Quantris, Quantum Chess y varios otros juegos.

La implicación de Michalakis con los juegos cuánticos comenzó en 2014, cuando realizó una modificación cuántica para el popular videojuego Minecraft. Esto dio lugar a un área de investigación completamente nueva. “Lo que he estado tratando de trabajar durante más de 12 años es no solo crear juegos que tengan un backend cuántico, sino juegos que alguien quiera jugar, ¿verdad? Los juegos que tienen mecánicas de juego que permiten a alguien decir: ‘Guau, puedo tomar nuevas decisiones estratégicas en el juego, con nuevas herramientas, nuevas armas, nuevas relaciones con los enemigos'”, dice. Este es un problema mucho más difícil que generar niveles de juego.

A veces se pueden encontrar soluciones muy inteligentes, como las que se basan en superposiciones o entrelazamientos cuánticos, y el jugador no se da cuenta en absoluto, explica Togelius. Es similar a cuando juegas un juego donde el objetivo es disparar a los enemigos, no importa si pueden recitar a Shakespeare, dice. La inteligencia, cuántica o no, debe ser atractiva y útil. “Hacer un juego en sí es bastante fácil, pero hacer un juego que despegue es muy difícil”, afirma. Por ahora, se muestra escéptico sobre si la computación cuántica será el próximo gran avance en los juegos.

En cierto sentido, esto es paralelo al desarrollo de programas informáticos cuánticos en general: el objetivo es siempre aprovechar operaciones exclusivamente cuánticas para hacer algo que de otro modo sería imposible o difícil, y al mismo tiempo asegurarse de que se esté haciendo algo de valor. Esta es una tarea desalentadora, pero al menos con los juegos también puede ser muy divertida.

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